Тест драйв BMW и водород: част първа

Ревът на предстоящата буря все още отекваше в небето, когато огромният самолет се приближаваше до мястото за кацане близо до Ню Джърси. На 6 май 1937 г. дирижабълът „Хинденбург“ направи първия си полет за сезона, като взе на борда 97 пътници.

След няколко дни огромен балон, пълен с водород, трябва да отлети обратно във Франкфурт на Майн. Всички места в полета отдавна са запазени от американски граждани, нетърпеливи да станат свидетели на коронацията на британския крал Джордж VI, но съдбата постановява, че тези пътници никога няма да се качат на самолета.

Малко след приключване на подготовката за кацане на дирижабъла, неговият командир Розендал забеляза пламъците по корпуса му и след няколко секунди огромната топка се превърна в зловещ летящ дънер, оставяйки само жалки метални парчета на земята след още половин час минута. Едно от най-изненадващите неща в тази история е стоплящият сърцето факт, че много от пътниците на борда на горящия дирижабъл в крайна сметка успяха да оцелеят.

Граф Фердинанд фон Цепелин е мечтал да лети с по-леко от въздуха превозно средство в края на 1917-ти век, да скицира груба схема на лек самолет с газ и да стартира проекти за практическото му изпълнение. Цепелин е живял достатъчно дълго, за да види как неговото творение постепенно навлиза в живота на хората, и умира през 1923 г., малко преди страната му да загуби Първата световна война и използването на неговите кораби е забранено от Версайския договор. Цепелините бяха забравени в продължение на много години, но всичко отново се променя с шеметна скорост с идването на власт на Хитлер. Новият ръководител на Цепелин, д-р Хюго Екнер, силно вярва, че са необходими редица значителни технологични промени в проектирането на дирижабли, основната от които е замяната на запалим и опасен водород с хелий. За съжаление обаче САЩ, които по това време бяха единственият производител на тази стратегическа суровина, не можеха да продават хелий на Германия по специален закон, приет от Конгреса през 129 година. Ето защо новият кораб, означен като LZ XNUMX, в крайна сметка се зарежда с водород.

Конструкцията на огромен нов балон от леки алуминиеви сплави достига дължина почти 300 метра и диаметър около 45 метра. Гигантският самолет, еквивалентен на Титаник, се задвижва от четири 16-цилиндрови дизелови двигателя, всеки с мощност 1300 к.с. Естествено, Хитлер не пропусна възможността да превърне „Хинденбург“ в ярък пропаганден символ на нацистка Германия и направи всичко възможно, за да ускори началото на нейната експлоатация. В резултат на това още през 1936 г. „грандиозният“ дирижабъл прави редовни трансатлантически полети.

По време на първия полет през 1937 г. мястото за кацане в Ню Джърси беше претъпкано с развълнувани зрители, ентусиазирани срещи, роднини и журналисти, много от които чакаха с часове бурята да утихне. Дори радиото отразява интересно събитие. В един момент тревожното очакване е прекъснато от мълчанието на говорещия, който след миг истерично изкрещява: „Огромна огнена топка пада от небето! Няма жив... Корабът внезапно светва и моментално заприличва на гигантска горяща факла. Някои пасажери в паника започнали да скачат от гондолата, за да се спасят от ужасяващия пожар, но той се оказал фатален за тях заради височината от сто метра. В крайна сметка само няколко от пътниците, които чакат дирижабълът да се приближи до сушата, оцеляват, но много от тях са тежко обгорени. В един момент корабът не издържа на щетите от бушуващия пожар и хиляди литри баластна вода в носа започнаха да се изливат в земята. Хинденбург се извива бързо, горящата задна част се разбива в земята и завършва с пълно унищожение за 34 секунди. Шокът от зрелището разтърсва събралата се на земята тълпа. Тогава официалната причина за катастрофата се смяташе за гръм, предизвикал запалването на водород, но през последните години германски и американски експерт категорично твърдят, че трагедията с кораба "Хинденбург", преминал през много бури без проблеми , е причината за бедствието. След многобройни наблюдения на архивни кадри те стигнаха до извода, че пожарът е тръгнал от горима боя, покриваща обшивката на дирижабъла. Пожарът на немски дирижабъл е едно от най-зловещите бедствия в историята на човечеството и споменът за това ужасно събитие все още е много болезнен за мнозина. Дори и днес споменаването на думите "дирижабъл" и "водород" предизвиква огнения ад на Ню Джърси, въпреки че ако бъде "опитомен" по подходящ начин, най-лекият и най-изобилен газ в природата може да бъде изключително полезен, въпреки опасните си свойства. Според голяма част от съвременните учени истинската ера на водорода все още продължава, въпреки че в същото време другата голяма част от научната общност е скептична към подобни крайни прояви на оптимизъм. Сред оптимистите, които подкрепят първата хипотеза и най-твърдите привърженици на водородната идея, разбира се, трябва да бъдат баварците от BMW. Германската автомобилна компания вероятно е най-добре наясно с неизбежните предизвикателства по пътя към водородната икономика и най-вече преодолява трудностите при прехода от въглеводородни горива към водород.

амбиции

Самата идея за използване на гориво, което е толкова екологично и неизчерпаемо, колкото горивните резерви, звучи като магия за човечеството в хватката на енергийна борба. Днес има не едно или две „водородни общества“, чиято мисия е да насърчават положителното отношение към лекия газ и постоянно да организират срещи, симпозиуми и изложби. Компанията за гуми Michelin, например, инвестира сериозно в организирането на все по-популярния Michelin Challenge Bibendum, глобален форум, фокусиран върху водорода за устойчиви горива и автомобили.

Въпреки това, оптимизмът, излъчван от изказванията на подобни форуми, все още не е достатъчен за практическото прилагане на прекрасна водородна идилия, а навлизането във водородната икономика е безкрайно сложно и неосъществимо събитие на този технологичен етап от развитието на цивилизацията.

Напоследък обаче човечеството се стреми да използва все повече алтернативни енергийни източници, а именно водородът може да се превърне във важен мост за съхранение на слънчева, вятърна, водна и биомаса енергия, превръщайки я в химическа енергия. ... С прости думи, това означава, че електричеството, произведено от тези естествени източници, не може да се съхранява в големи обеми, но може да се използва за производство на водород чрез разграждане на водата до кислород и водород.

Колкото и странно да звучи, някои петролни компании са сред основните защитници на тази схема, сред които най-последователен е британският петролен гигант BP, който има специфична инвестиционна стратегия за значителни инвестиции в тази област. Разбира се, водородът може да бъде извлечен и от невъзобновяеми въглеводородни източници, но в този случай човечеството трябва да търси решение на проблема със съхранението на въглеродния диоксид, получен в този процес. Безспорен факт е, че технологичните проблеми с производството, съхранението и транспортирането на водород са разрешими – на практика този газ вече се произвежда в големи количества и се използва като суровина в химическата и нефтохимическата промишленост. В тези случаи обаче високата цена на водорода не е фатална, тъй като той се "претопява" във високата цена на продуктите, в чийто синтез участва.

Въпреки това, въпросът за използването на лек газ като източник на енергия е малко по-сложен. Учените дълго време си блъскат главата в търсене на възможна стратегическа алтернатива на мазута и досега са стигнали до единодушното мнение, че водородът е най-екологичният и достъпен в достатъчно енергия. Само той отговаря на всички необходими изисквания за плавен преход към промяна на сегашното статукво. В основата на всички тези предимства стои един прост, но много важен факт – извличането и използването на водород се върти около естествения цикъл на смесване и разлагане на водата… Ако човечеството подобри производствените методи, използвайки естествени източници като слънчева енергия, вятър и вода, може да се произвежда водород и да се използва в неограничени количества, без да отделя никакви вредни емисии. Като възобновяем източник на енергия, водородът отдавна е резултат от значителни изследвания в различни програми в Северна Америка, Европа и Япония. Последните от своя страна са част от работата по широк набор от съвместни проекти, насочени към създаване на цялостна водородна инфраструктура, включваща производство, съхранение, транспортиране и разпространение. Често тези разработки са придружени от значителни държавни субсидии и се основават на международни споразумения. През ноември 2003 г. например беше подписано Международното споразумение за партньорство за водородна икономика, което включва най-големите индустриализирани страни в света като Австралия, Бразилия, Канада, Китай, Франция, Германия, Исландия, Индия, Италия и Япония. , Норвегия, Корея, Русия, Обединеното кралство, САЩ и Европейската комисия. Целта на това международно сътрудничество е „да организира, стимулира и обедини усилията на различни организации по пътя към водородната ера, както и да подпомогне създаването на технологии за производство, съхранение и разпространение на водород“.

Възможният път към използването на това екологично чисто гориво в автомобилния сектор може да бъде двоен. Едната от тях са устройства, известни като "горивни клетки", при които химическата комбинация на водород с кислород от въздуха освобождава електричество, а втората е разработването на технологии за използване на течен водород като гориво в цилиндрите на класически двигател с вътрешно горене . Второто направление е психологически по-близо както до потребителите, така и до автомобилните компании, а BMW е най-яркият му поддръжник.

Производство

В момента в света се произвеждат повече от 600 милиарда кубически метра чист водород. Основната суровина за производството му е природният газ, който се преработва в процес, известен като "реформинг". По-малки количества водород се възстановяват чрез други процеси като електролиза на хлорни съединения, частично окисление на тежко масло, газификация на въглища, пиролиза на въглища за производство на кокс и реформинг на бензин. Приблизително половината от световното производство на водород се използва за синтеза на амоняк (който се използва като суровина при производството на торове), в рафинирането на нефт и в синтеза на метанол. Тези производствени схеми натоварват околната среда в различна степен и, за съжаление, нито една от тях не предлага смислена алтернатива на сегашното енергийно статукво - първо, защото използват невъзобновяеми източници, и второ, защото това производство освобождава нежелани вещества като въглерод диоксид, който е основният виновник. Парников ефект. Интересно предложение за решаване на този проблем беше направено наскоро от изследователи, финансирани от Европейския съюз и германското правителство, които създадоха така наречената технология за „улавяне“, при която въглеродният диоксид, произведен по време на производството на водород от природен газ, се изпомпва в стари изтощени полета. нефт, природен газ или въглища. Този процес обаче не е лесен за изпълнение, тъй като нито нефтените, нито газовите находища са истински кухини в земната кора, а най-често са порести пясъчни структури.

Най-обещаващият бъдещ метод за производство на водород остава разграждането на водата чрез електричество, познато още от началното училище. Принципът е изключително прост - към два електрода, потопени във водна баня, се прилага електрическо напрежение, докато положително заредените водородни йони отиват към отрицателния електрод, а отрицателно заредените кислородни йони отиват към положителния. В практиката се използват няколко основни метода за това електрохимично разграждане на водата – „алкална електролиза“, „мембранна електролиза“, „електролиза с високо налягане“ и „електролиза с висока температура“.

Всичко би било идеално, ако простата аритметика на деленето не се намесваше в изключително важния проблем за произхода на необходимото за тази цел електричество. Факт е, че в момента производството му неизбежно отделя вредни странични продукти, чието количество и вид варира в зависимост от това как се извършва, и най-вече производството на електроенергия е неефективен и много скъп процес.

Прекъсването на порочния и затварянето на цикъла на чиста енергия в момента е възможно само при използване на естествена и особено слънчева енергия за генериране на електричество, необходимо за разлагане на водата. Решаването на този проблем несъмнено ще изисква много време, пари и усилия, но в много части на света генерирането на електричество по този начин вече е станало факт.

BMW, например, играе активна роля в създаването и развитието на слънчеви електроцентрали. Електроцентралата, построена в малкото баварско градче Нойбург, използва фотоволтаични клетки за производство на енергия, която произвежда водород. Системите, които използват слънчева енергия за затопляне на вода, са особено интересни, казват инженерите на компанията, а получената пара захранва електрически генератори - такива слънчеви централи вече работят в пустинята Мохаве в Калифорния, които генерират 354 MW електроенергия. Вятърната енергия също става все по-важна, като вятърните паркове по бреговете на страни като САЩ, Германия, Холандия, Белгия и Ирландия играят все по-важна икономическа роля. Има и компании, които извличат водород от биомаса в различни части на света.

Място за съхранение

Водородът може да се съхранява в големи количества както в газова, така и в течна фаза. Най-големите от тези резервоари, в които водородът е с относително ниско налягане, се наричат ​​"газомери". Средните и по-малки резервоари са подходящи за съхранение на водород при налягане от 30 бара, докато най-малките специални резервоари (скъпи устройства, изработени от специална стомана или композитни материали, подсилени с въглеродни влакна) поддържат постоянно налягане от 400 бара.

Водородът може също да се съхранява в течна фаза при -253°C на единица обем, съдържаща 0 пъти повече енергия, отколкото когато се съхранява при 1,78 бара – за да се постигне еквивалентното количество енергия във втечнен водород на единица обем, газът трябва да бъде компресиран до 700 бара. Именно заради по-високата енергийна ефективност на охладения водород BMW си сътрудничи с немския хладилен концерн Linde, който е разработил модерни криогенни устройства за втечняване и съхранение на водород. Учените предлагат и други, но по-малко приложими алтернативи на съхранението на водород, например съхранение под налягане в специално метално брашно под формата на метални хидриди и др.

Транспорт

В райони с висока концентрация на химически заводи и нефтопреработвателни предприятия вече е изградена мрежа за пренос на водород. Като цяло технологията е подобна на транспортирането на природен газ, но използването на последния за нуждите на водорода не винаги е възможно. Въпреки това дори през миналия век много къщи в европейските градове са били осветени от лек газопровод, който е съдържал до 50% водород и е бил използван като гориво за първите стационарни двигатели с вътрешно горене. Днешното ниво на технологията също така позволява трансконтинентален транспорт на втечнен водород чрез съществуващи криогенни танкери, подобни на тези, използвани за природен газ. В момента учените и инженерите полагат най-големи надежди и усилия в областта на създаването на адекватни технологии за втечняване и транспортиране на течен водород. В този смисъл именно тези кораби, криогенни железопътни цистерни и камиони могат да станат основа за бъдещия транспорт на водород. През април 2004 г. в непосредствена близост до летище Мюнхен беше открита първата по рода си станция за пълнене на втечнен водород, разработена съвместно от BMW и Steyr. С негова помощ пълненето на резервоарите с втечнен водород се извършва напълно автоматично, без участие и без риск за водача на автомобила.